[發明專利]一種以微懸臂梁傳感器為核心的微全分析系統芯片

有效

• 申請號: 201911049939.6
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110711613B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 張賀;張英杰;李新;揣榮巖;徐文培;楊爽
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N1/34;G01N1/40;G01N27/416
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 耿浩;宋鐵軍

本發明屬于微機電系統領域，涉及一種以微懸臂梁傳感器為核心的微全分析系統芯片，該芯片2個進液口通過U?型進液通道與微混合器連通，微混合器的另一端與固相萃取柱的進液端連接，固相萃取柱內填充有選擇性吸附劑，固相萃取柱的出液端通過圓形通道與梯形檢測池連接，檢測池的底部與放置在傳感器倉中的微懸臂梁傳感器接觸，微懸臂梁傳感器通過放置在電極引線倉中的電極引線與電化學工作站連接，檢測池與廢液池通過廢液通道連通，廢液池設有出液口。其體積小、靈敏度高、檢測重現性與穩定性好、集成化程度高、主要部件可回收。

技術領域

本發明屬于微機電系統(Micro-electro Mechanical Systems,MEMS)領域，涉及一種以微懸臂梁傳感器為核心，集混合、富集和檢測功能于一體的微全分析系統芯片。

背景技術

微懸臂梁(Micro Cantilever,MC)是結構最為簡單的MEMS器件之一，對它的研究早在上世紀60年代就已經開展。伴隨著原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)的發明與發展，懸臂梁逐步成為MEMS領域的研究熱點，從僅用于表征樣品表面形貌的探針，發展成為一種新型微傳感器。通過在微懸臂梁的自由端表面修飾敏感層，當敏感層與待測試樣發生化學反應、物理吸附或生物親和等作用時，傳感器將因反應產物質量、上下表面應力等變化而導致形貌偏轉或頻率偏移。

以MEMS工藝為基礎，采用新型的多晶硅納米材料設計的功能的納米復合材料懸臂梁傳感器能提升多層復合結構的穩定性；通過嵌套式布局和階梯式結構等合理設計，保證傳感器的靈敏度和機械響應，提高懸臂梁傳感器的集成化程度。在液相環境中，與普通懸臂梁傳感器相比，微懸臂梁應用范圍廣(動態檢測、靜態檢測)并能充分發揮其體積小、易于集成、抗干擾能力強的等優點，進一步拓展微懸臂梁傳感器在便攜式、快速檢測領域的應用范圍。

微全分析系統(Micro Total Analysis Systems,μTAS)是利用MEMS工藝在體積有限的基底材料上制作溝道、混合器和儲液池等多種微結構，同時集成泵、閥、傳感器等微型功能器件，以實現對試樣的快速分析與檢測。與傳統方法相比，μTAS依據待測物質的特性，有針對性的設計芯片結構，使測試點充分接近待測試樣，可有效避免樣品污染、減少分析過程中的試劑消耗。目前μTAS芯片已經成為醫藥、生化、環境等領域不可或缺的分析檢測手段。通常μTAS的特征尺度在微米量級，且包含機、電、熱、流體等物理因素，是一個復雜的微觀多物理場藕合體系，多物理場的交織作用將極大影響μTAS內部的質量、動量和能量的傳輸過程。此外，結構尺度的減小、表面積與體積之比的增加所引發的“尺度效應”及“表面效應”，也為系統的設計與器件集成額外帶來許多新的挑戰。

近年來，微懸臂梁傳感器在分子識別、抗體檢測、環境監測等眾多領域都已經出現了它的身影。由于大多數生化檢測都在溶液中進行，所以在擴展微懸臂梁傳感器檢測領域的同時，對其在液相環境中的檢測性能也提出了更高的要求。目前微懸臂梁傳感器液相檢測大多將微懸臂梁傳感器放置于盛有待測試樣的特制載物臺，然后借助AFM系統測量其偏轉量實現對生化樣品的液相檢測。該方法雖然能實現液相檢測，但檢測過程離不開實驗室條件，微懸臂梁大部分采用靜態方法檢測，易受到液相環境的干擾。

發明內容

發明目的

本發明為了解決現有技術在集成化、實時檢測應用方面的不足，進一步拓展微流控芯片及微懸臂梁傳感器在液相環境和快速檢測領域的應用范圍。提供了一種利用微懸臂梁傳感器和微全分析系統的優勢，將二者聯用，設計以多功能微懸臂梁傳感器為核心，集預處理、分離、富集和痕量檢測功能于一體的微全分析系統芯片。

技術方案